盾構(gòu)機(jī)下穿高壓燃?xì)夤艿兰夹g(shù)

□文 /王秀波

地鐵工程中，盾構(gòu)法施工的隧道結(jié)構(gòu)勢(shì)必會(huì)與各類地下管線在空間上形成上跨或下穿的立體交叉。在施工過(guò)程中，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)下穿地下管線尤其是遇到壓力管道時(shí)，施工風(fēng)險(xiǎn)會(huì)比較高，需要采取有針對(duì)性的技術(shù)措施。

1 工程概況

某地鐵區(qū)間右線總長(zhǎng)1430.2m、左線總長(zhǎng)1400.71m。車站至中間盾構(gòu)井段采用盾構(gòu)法施工，左線長(zhǎng)1 034.828 m，右線長(zhǎng)1 065.176 m，中間盾構(gòu)井至U槽段采用明挖法施工。盾構(gòu)區(qū)間設(shè)置3處平曲線，半徑分別為800、300、250 m，線間距13 m。線路設(shè)計(jì)2個(gè)縱坡，最大坡度32.266‰，最小坡度4‰，隧道頂最小埋深約5.5 m、最大埋深12.5 m。穿越主要地層由②53層細(xì)砂、②23層粉質(zhì)粘土、②22層粉質(zhì)粘土。盾構(gòu)隧道管片襯砌環(huán)內(nèi)徑為5 500 mm，外徑為6 200 mm，厚度為350 mm。

區(qū)間地勢(shì)略有起伏，地面標(biāo)高在100.30～110.8 m，地貌單元屬為黃河沖積一級(jí)階地風(fēng)積砂丘。區(qū)間主要為雜填土、砂土、粉砂和粉質(zhì)粘土。地下水主要為潛水和承壓水，地下水埋深在6.5～12.8 m。隧道上方3.57 m有一道DN508 mm高壓燃?xì)夤艿馈?/p>

2 主要施工風(fēng)險(xiǎn)分析

盾構(gòu)機(jī)下穿高壓燃?xì)夤艿罏楸竟こ痰闹攸c(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)源之一，如不采用合理的技術(shù)與管理措施，一旦高壓燃?xì)夤艿喇a(chǎn)生不均勻沉降而導(dǎo)致燃?xì)庑孤?，將影響周邊眾多企業(yè)的生產(chǎn)、居民的基本生活，嚴(yán)重時(shí)還可能造成人員的傷亡，因此，在下穿高壓燃?xì)夤艿朗┕で氨仨氝M(jìn)行專業(yè)技術(shù)論證，采取可靠的工程技術(shù)措施。

3 主要施工技術(shù)

3.1 掘進(jìn)參數(shù)控制

1)土倉(cāng)壓力。施工時(shí)必須控制好盾構(gòu)機(jī)的土倉(cāng)壓力，根據(jù)盾構(gòu)機(jī)的埋深、地下水位、土質(zhì)等進(jìn)行計(jì)算，采取措施保證盾構(gòu)機(jī)的土倉(cāng)壓力保持相對(duì)平穩(wěn)，防止土倉(cāng)壓力大幅度波動(dòng)并根據(jù)相關(guān)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)適時(shí)調(diào)整土倉(cāng)壓力值，減少土體的擾動(dòng)。根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)及相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，盾構(gòu)計(jì)下穿高壓燃?xì)夤艿罆r(shí)，土倉(cāng)壓力控制在0.1～0.15 MPa較為適宜。

2）控制掘進(jìn)速度。盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)速度直接影響地面的沉降變形，推進(jìn)速度過(guò)快對(duì)盾構(gòu)機(jī)周邊的土體的擾動(dòng)較大，有可能帶來(lái)較大的地表沉降，嚴(yán)重時(shí)造成高壓燃?xì)夤艿勒蹟嗷蜷_(kāi)裂。因此盾構(gòu)機(jī)下穿燃?xì)夤艿罆r(shí)要適當(dāng)降低其推進(jìn)速度并且盡量恒定、勻速的推進(jìn)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，下穿高壓燃?xì)夤艿罆r(shí)盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)速度控制在20～27 mm/min。

3）刀盤(pán)轉(zhuǎn)速、推力。為減小對(duì)盾構(gòu)機(jī)對(duì)土體的擾動(dòng)，盡量遵循“低轉(zhuǎn)速，小扭矩，小推力小”的原則，盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)轉(zhuǎn)速控制在1.0～1.3 r/min，扭矩控制在1 800～2 300 kN/m，推力控制在12 000 kN以下。

4）出土量控制。盾構(gòu)施工過(guò)程中要嚴(yán)格控制出土量，保證實(shí)際出土量與理論出土量的平衡并且要進(jìn)行嚴(yán)密的觀察，避免出土超量。

根據(jù)相關(guān)的計(jì)算，每環(huán)出土量

式中：K為土體的松散系數(shù)，一般根據(jù)土質(zhì)、盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)、土體改良情況等確定，本工程土質(zhì)為雜填土、砂土，根據(jù)相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)K取值為1.15～1.2；D為盾構(gòu)機(jī)直徑，本盾構(gòu)機(jī)為6.47 m；L為管片的每環(huán)長(zhǎng)度，本工程為1.5 m。

5）盾構(gòu)機(jī)殼外注漿減阻。在盾構(gòu)機(jī)下穿高壓燃?xì)夤艿赖倪^(guò)程中，為減小盾構(gòu)機(jī)殼與周圍土體的側(cè)向摩擦力，減小盾構(gòu)機(jī)殼對(duì)周邊土體的擾動(dòng)量，降低后期土體的固結(jié)沉降，在本工程中向盾構(gòu)機(jī)殼外注入膨潤(rùn)土漿液，使盾構(gòu)機(jī)殼和土體之間保持潤(rùn)滑。

3.2 注漿

1)同步注漿。盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，要及時(shí)足量的進(jìn)行同步注漿，以便及時(shí)將盾構(gòu)管片周邊土體的空隙進(jìn)行填充。同時(shí)為加快同步注漿漿液的凝固，下穿高壓燃?xì)夤艿罆r(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)?shù)脑黾铀嘤昧?，提高漿液的粘稠度，以便更好地填充管片與土體之間的間隙，減少因漿液凝固時(shí)造成的不均勻沉降和漿液損失。同步注漿的充填率要達(dá)150%，注漿壓力控制在0.3～0.35 MPa。同步注漿采取雙控措施，以注漿壓力控制為主，注漿量控制為輔，確保漿液的飽滿度。同時(shí)提前對(duì)盾尾刷進(jìn)行檢查，增加盾尾密封油脂，保證盾尾密封良好，保證不漏水、不漏漿，以此保證同步注漿效果。在施工時(shí)對(duì)螺旋輸送機(jī)進(jìn)行檢查，保證螺旋輸送時(shí)不發(fā)生噴涌工作。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)所采用的漿液進(jìn)行試驗(yàn)室配比，見(jiàn)表1。

表1 同步注漿漿液配比 kg

2）二次注漿或多次補(bǔ)漿。為減少不均勻沉降造成高壓燃?xì)夤艿赖拈_(kāi)裂或折斷，在穿越高壓燃?xì)夤艿罆r(shí)要及時(shí)進(jìn)行二次注漿，必要時(shí)進(jìn)行多次補(bǔ)漿，以減少或控制地面的后期沉降。本工程二次注漿采用后方注漿的方法，即在后3～5環(huán)的注漿孔進(jìn)行壁后注漿，注漿壓力一般控制在0.3～0.4 MPa，注漿所選用的材料為雙漿液，即水泥漿+水玻璃按1∶1的體積比控制，水泥采用425普通硅酸鹽水泥。

根據(jù)地質(zhì)情況對(duì)下穿的高壓燃?xì)夤艿乐苓叢扇⌒溟y管進(jìn)行補(bǔ)漿加固，加固時(shí)控制好注漿孔的角度及注漿的壓力。

3.3 隧道軸線控制

1）控制好盾構(gòu)掘進(jìn)的技術(shù)參數(shù)，土壓過(guò)低時(shí)，不但容易造成地層的沉降，而且影響盾構(gòu)軸線的控制；注漿壓力過(guò)大對(duì)地層的擾動(dòng)較大，也會(huì)使得盾構(gòu)機(jī)向注漿位置反方向移動(dòng)，不利于隧道軸線控制。

2）對(duì)盾構(gòu)千斤頂進(jìn)行合理編組以及分區(qū)油壓的控制。千斤頂選擇是否正確直接關(guān)系到盾構(gòu)軸線的軌跡，因此要對(duì)盾構(gòu)軸線位置，正確的列出了千斤頂編組，對(duì)分區(qū)油壓控制進(jìn)行嚴(yán)格控制。

3）正確使用盾構(gòu)機(jī)的鉸接裝置，當(dāng)調(diào)整千斤頂及分區(qū)油壓控制難以達(dá)到目的時(shí)，可通過(guò)盾構(gòu)鉸接裝置進(jìn)行糾正：根據(jù)盾構(gòu)機(jī)軸線的偏離程度計(jì)算每一步的轉(zhuǎn)折角度，開(kāi)啟仿形刀進(jìn)行超挖，嚴(yán)格控制超挖的長(zhǎng)度，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的中折裝置，利用千斤頂編組及分區(qū)油壓控制進(jìn)行輔助施工，最終使盾構(gòu)機(jī)回歸設(shè)計(jì)軸線。

3.4 渣土改良

進(jìn)行渣土改良措施、改善刀盤(pán)前方土體的流塑性、減少泥餅形成，保持進(jìn)出土順暢。

通過(guò)試驗(yàn)確定合適的膨潤(rùn)土漿液和泡沫添加劑配合比,通過(guò)盾構(gòu)機(jī)或者刀盤(pán)自帶的泡沫系統(tǒng)，向盾構(gòu)機(jī)前方的土體注入泡沫劑，提前對(duì)土體進(jìn)行改良，提高渣土的保水性和穩(wěn)定性。

3.5 施工監(jiān)測(cè)

為確保下穿時(shí)高壓管線的穩(wěn)定，必須對(duì)高壓燃?xì)夤艿兰爸苓呁馏w進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)能及時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋到操作人員及管理人員，使信息化數(shù)據(jù)共享并真正知道施工。

4 結(jié)語(yǔ)

本工程通過(guò)采取合理有效的技術(shù)措施，精細(xì)的管理，在盾構(gòu)機(jī)下穿高壓燃?xì)夤艿肋^(guò)程中進(jìn)行了嚴(yán)密的監(jiān)測(cè)，及時(shí)準(zhǔn)確的調(diào)整土倉(cāng)壓力，盾構(gòu)機(jī)的推力、扭矩，注漿壓力等各項(xiàng)指標(biāo)并及時(shí)下發(fā)到盾構(gòu)機(jī)操作手，確保燃?xì)夤艿牢串a(chǎn)生沉降、盾構(gòu)隧道軸線偏移量在設(shè)計(jì)允許圍之內(nèi)，安全始終處于受控狀態(tài)。管片的拼裝質(zhì)量也得到了較好控制。